什么叫網絡虛擬化?先上兩張簡單粗暴的圖。

所有的通信應用無非就是兩部分組成：計算和網絡。這兩者關系密不可分，但兩者關系嚴重缺乏對稱性，網絡一直拖累著計算。

4G網絡RAN將會不斷進化，據說，未來的4G網絡空口速率將是現在的10倍。隨著智能硬件的爆發，大量的應用接入4G網絡，人們的流量需求如同海嘯般洶涌而至，我們似乎趕上了好時代。不過，傳統的通信網絡里，每一類服務對應基于專用集成電路的帶有專用處理器的專用服務器。網絡里的設備很多，但是，這些家伙就像霸道總裁的辦公室，僅供總裁專用，不管他在與不在，位置都占在那里，誰也不敢冒然挪用。

這樣下去，網絡會嚴重拖計算的后腿。于是，有人想到了虛擬化。

或者，可以這么理解，服務器覺得老這樣拖著網絡跑不是辦法，遲早會被累死，就開始向網絡扔磚頭了!

專用的硬件對應專用的服務，這樣的花費是昂貴的，為了節省成本，我們得想想物盡其用。

想想你有一棟超級大的空置的公寓，你想出租，但是每一位租客的需求是不一樣的。這個時候，你想到了“虛擬化”。根據租客的需求，把這棟公寓虛擬化成不同的建筑風格。于是，你對租客1說，“我有兩棟公寓要出租，你喜歡紅色那一棟還是藍色那一棟?”。然后你對租客2說，“我有三棟公寓要出租，大、中、小，你喜歡哪一棟?”。接著租客3。。。 繼續忽悠。。。 然后，所有的租客都住進了你的虛擬公寓，你按住宿時間和使用空間來收租金。

2012年10月，13家運營商發起在ETSI組織下正式成立網絡功能虛擬化工作組，即ETSI ISG NFV，致力于實現網絡虛擬化的需求定義和系統架構制定。

談到虛擬化，首先得了解什么是虛擬化技術?最常用的虛擬化技術有操作系統中內存的虛擬化，實際運行時用戶需要的內存空間可能遠遠大于物理機器的內存大小，利用內存的虛擬化技術，用戶可以將一部分硬盤虛擬化為內存，而這對用戶是透明的。又如，可以利用虛擬專用網技術(VPN)在公共網絡中虛擬化一條安全，穩定的“隧道”，用戶感覺像是使用私有網絡一樣。

NFV就是基于大型共享的OTS(Off-The-Shelf，成品)服務器，通過軟件定義的方式，探索網絡實體的虛擬化使用。在NFV中使用的虛擬機(Virtual Machines，VMs)技術是虛擬化技術的一種。

基于軟件定義的虛擬機部署成本低，而且可以快速適應網絡需求變化。虛擬機就像是將所有能想到的東西都放在一臺物理服務器(physical server)上，有了云計算和虛擬化，那些冗余的服務器都可以部署在獨立的物理服務器上，不但可以并行處理，滿足網絡峰值需求，還可以根據網絡需求隨時釋放資源，方便部署，利于故障管理，快速升級，快速滿足市場需求。

NFV技術顛覆了傳統電信封閉專用平臺的思想，同時引入靈活的彈性資源管理理念，因此，ETSI NFV提出了突破傳統網元功能限制、全新通用的NFV架構下圖所示。

NFV技術主要由3個部分構成：VNF(虛擬網絡層，Virtualized Network Function)、NFVI(網絡功能虛擬化基礎設施NFVI，NFV Infrastructure)和MANO(NFV管理與編排，Management and Orchestration)。

(1)虛擬網絡層是共享同一物理OTS服務器的VNF集。對應的就是各個網元功能的軟件實現，比如EPC網元、IMS網元等的邏輯實現。

(2)NFVI，你可以將它理解為基礎設施層，從云計算的角度看，就是一個資源池。NFVI需要將物理計算/存儲/交換資源通過虛擬化轉換為虛擬的計算/存儲/交換資源池。NFVI映射到物理基礎設施就是多個地理上分散的數據中心，通過高速通信網連接起來。

(3)NFVMANO。基于不同的服務等級協議(Service Level Agreements ，SLAs)，NFVMANO運營支撐層負責“公平”的分配物理資源，同時還負責冗余管理、錯誤管理和彈性調整等，相當于目前目前的OSS/BSS系統。

這樣一來，現在的移動通信網絡結構就變成了這樣：

上圖頂部的VNF對應了網元功能的邏輯實現，比如，由多個VNF組成的VNF-FG(VNF Forwarding Graph)定義了LTE網絡服務。

那么軟件定義網絡(SDN)和NFV又有什么關系呢?

NFV負責各種網元的虛擬化，而SDN負責網絡本身的虛擬化(比如，網絡節點和節點之間的相互連接)。我們先來看看一個典型的網絡結構圖。

如上圖，一個網絡由網絡節點和節點間的鏈路組成。每一個節點都有一個控制面和與其它節點交換的網絡信息。在上圖中，右邊的H節點獲知一個新的網絡(10.2.3.x/24)存在，現在它需要將這一信息告訴給網絡中的其它節點。然而，節點H只和節點F和G直接相連，節點H通過鏈路狀態通告(Link State Advertisements ，LSAs)通知節點F和G，F和G再將信息傳遞給它們的鄰近節點，最終該消息傳達到整個網絡。這樣，網絡內每個節點都會更新自己的路由表，以確保數據可以傳送到網絡10.2.3.x/24。

如果節點C和E之間的鏈路中斷，盡管C和E知道C-E鏈路中斷，但節點A并不知道，節點A會繼續通過C-E鏈路向網絡10.2.3.x/24傳送數據包。由于節點的“近視”，導致數據堆積在該節點，這需要花一些時間來向整個網絡傳送網絡狀態更新信息和完成糾錯。網絡越大，這種情況就越容易發生。

我們再來看看節點G，它由控制面(control plane)和數據面(data plane)組成。為了適應快速更新，控制面基本上是基于軟件的，這實際上意味著控制消息的處理時長比基于硬件的邏輯單元(比如，數據面)要慢5到10倍。一直以來，我們僅要求控制面能夠靈活更新，但對時延要求并不是太高。相對于數據面來講，時延要求較高，我們希望數據包能夠傳送得越快越好，所以它必須是基于硬件來實現的。盡管基于軟件實現的控制面能滿足目前的要求，但隨著設備的大量接入，特別是物聯網的應用，控制面的時延也需要進一步提升。

軟件定義網絡(SDN)負責分離控制面和數據面，將網絡控制面整合于一體。這樣，網絡控制面對網絡數據面就有一個宏觀的全面的視野。路由協議交換、路由表生成等路由功能均在統一的控制面完成。實現控制平面與數據平面分離的協議叫OpenFlow，OpenFlow是SDN一個網絡協議。如下圖所示：

從上圖中，我們可以看到，首先需要通過OpenFlow將網絡拓撲鏡像到控制面，控制面初始化網絡拓撲，初始化完成后，控制面會實時更新網絡拓撲。

控制面完成初始化后，會向每個轉發節點發送轉發表，根據轉發表用戶數據在網絡內傳送。假設現在節點H獲知新的網絡 (10.2.3.x/24)。節點H將通過OpenFlow告知控制面，因為控制面統領全局，它可以快速的為每一個轉發節點創建新的路由表，這樣用戶數據就可以傳送到這個新網絡。